鍋爐對流受熱面灰汙監測系統的製作方法
2023-06-28 00:28:51
專利名稱：鍋爐對流受熱面灰汙監測系統的製作方法
技術領域：
本發明屬於鍋爐燃燒監測技術領域，尤其涉及一種鍋爐對流受熱面灰汙監測系統。
背景技術：
使用固體燃料(如煤)或者含灰份的液體燃料的火力發電機組鍋爐在正常運行時，會由於高溫煙氣夾帶的熔化或部分熔化的粘性顆粒碰撞在爐牆或受熱面而產生結渣。 而溫度低於灰熔點的灰粒在受熱面上沉積，則會造成積灰。一旦鍋爐受熱面形成積灰或者結渣，會導致受熱面的傳熱能力降低、工質吸熱量減少、煙氣側溫度升高以及影響鍋爐的經濟性的後果，進而降低發電廠效率，嚴重則導致意外停爐，直接危及鍋爐的運行安全。為解決上述由鍋爐對流受熱面灰汙帶來的問題，各電廠都配有吹灰器。電廠通過定時定量的吹灰方式清掃鍋爐對流受熱面的灰汙。但是，這種方法常常使受熱面吹灰過於頻繁或者吹灰力度不夠。吹灰過於頻繁，不僅浪費吹灰所使用的工質，而且致使受熱面機械疲勞和熱疲勞加劇，受熱面的壽命降低；吹灰力度不夠，不僅會造成受熱面灰汙狀況加劇， 而且容易致使受熱面形成難以清除掉渣層。
發明內容
本發明的目的在於，針對鍋爐對流受熱面灰汙問題，提出一種鍋爐對流受熱面灰汙監測系統，用於在線實時監測鍋爐對流受熱面灰汙，進而指導鍋爐對流受熱面灰汙的清除工作。為實現上述目的，本發明提供的技術方案是，一種鍋爐對流受熱面灰汙監測系統， 其特徵是所述系統包括安裝在鍋爐水冷壁四周的一個或者多個平面上的多個聲波發生器、安裝在聲波發生器的聲波導管上的聲波接收器、信號調理器、接線盒、功率放大器和輸入輸出裝置；所述聲波發生器與功率放大器相連；所述聲波接收器與信號調理器相連；所述功率放大器和信號調理器通過接線盒與輸入輸出裝置相連。所述安裝在鍋爐水冷壁四周同一個平面上的聲波發生器為偶數個，且每個聲波發生器在鍋爐水冷壁上的位置都與同一個平面上的另一個聲波發生器對稱。所述聲波接收器為偶數個。本發明能夠準確測量鍋爐對流受熱面煙氣側溫度場，結合電廠DCS資料庫中的數據，實現鍋爐對流受熱面灰汙報警的監測。
圖1是鍋爐對流受熱面灰汙監測系統結構示意圖；圖2是單路徑聲學測溫示意圖3是神經網絡示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖，對優選實施例作詳細說明。應該強調的是，下述說明僅僅是示例性的，而不是為了限制本發明的範圍及其應用。圖I是鍋爐對流受熱面灰汙監測系統結構示意圖，圖I中，鍋爐對流受熱面灰汙監測系統包括聲波發生器I、聲波接收器2、信號調理器、接線盒、功率放大器和輸入輸出裝置。其中，多個聲波發生器I安裝在鍋爐水冷壁四周的一個或者多個平面上，聲波接收器2安裝在聲波發生器I的聲波導管3上。聲波發生器I與功率放大器相連，聲波接收器2與信號調理器相連，功率放大器和信號調理器通過接線盒與輸入輸出裝置相連。輸入輸出裝置一般與處理終端相連，處理終端可以採用臺式計算機、筆記本或者工作站。處理終端上安裝控制聲波發生器的程序以及接收聲波信號的程序。輸入輸出裝置用於在處理終端的控制下，通過接線盒向功率放大器發送聲波發生信號。同時，輸入輸出裝置用於還用於接收信號調理器經過接線盒發送的聲波接收信號。功率放大器用於接收聲波發生信號並控制聲波發生器發出聲波。聲波發生器用於發出特定頻率的聲波。聲波接收器用於接收聲波發生器發出的聲波，並將接收的聲波發送到信號調理器。信號調理器用於將聲波接收器接收的聲波轉換成聲波接收信號並通過接線盒發送到輸入輸出裝置。圖2是單路徑聲學測溫示意圖。如圖2所示，本發明的聲波發生器和聲波接收器的優選布設方式是，安裝在鍋爐水冷壁四周同一個平面上的聲波發生器為偶數個，且每個聲波發生器在鍋爐水冷壁上的位置都與同一個平面上的另一個聲波發生器對稱。由於聲波發生器與聲波接收器相互對應，因此聲波接收器也為偶數個。該結構是一種單路徑聲學結構，基於該結構的測溫過程如下聲波發生信號由爐膛左側測點的聲波發生器發出，被左右兩側的聲波接收器測到，通過聲波飛渡時間的測量，可以用來確定聲波在傳播路徑上的平均速度，根據平面波的運動方程、平面波的波動方程以及氣體狀態方程推導出聲波測溫的原理方程如下C = - p (t+273.15) =ZJ(t+273.l5)
r V謂式中，τ為飛渡時間，L為測點距離，c為介質中聲波的傳播速度，R為理想氣體普適常數，t為氣體溫度，Y為氣體的絕熱指數(定壓比熱容與定容比熱容之比值)，m為氣體分子量。對於給定的氣體混合物Z = W，為一常數，故聲波在其中的傳播速度取決於氣體
Vm
的溫度。由上式得出單路徑溫度計算公式J = (|)2 -273.15。當系統開始運行時，安裝在鍋爐對流受熱面的聲波發生器接收到主程序產生聲波
4發生信號，經功率放大器聲波發生器發出聲波經由聲波導管傳播到鍋爐爐膛內部，聲波接收器接收到聲波信號經由信號調理器和輸入輸出裝置傳回主機(處理終端)主程序中，主程序計算聲波飛渡時間和計算鍋爐煙氣側溫度。將計算結果存入到資料庫中，資料庫定時訪問電廠DCS數據系統，保存所需數據，以便神經網絡預測鍋爐煙氣側溫度。人工神經網絡通過訓練來獲得輸入量與輸出量之間的關係。人工神經網絡包含一個個互相連接的神經元，神經元之間通過線性或者非線性的傳遞函數相連接。這種結構使得人工神經網絡能夠應用於一個非線性系統。本文建立模型使用的BP網絡這一名稱來源於它的學習算法誤差反向傳播(Error Back Propagation)學習算法,簡稱BP算法,BP網絡是採用BP學習算法的網絡。經典BP網絡是全連接的前向網絡，可分成三個部分輸入層、隱含層和輸出層。輸入層接受外界的信息，隱含層是特徵表徵層，用於儲存學習對象的特徵信息，輸出層將網絡計算結果輸出。對於輸入信息，要先向前傳播到隱含層的結點上，經過各單元的特性為Sigmoid 型的激活函數(又稱作用函數、轉換函數或映射函數等)運算後，把隱含結點的輸出信息傳到輸出結點，最後給出輸出結果。網絡的學習過程由正向和反向傳播兩部分組成。在正向傳播過程中，每一層神經元的狀態只影響下一層神經元網絡。如果輸出層不能得到期望輸出，就是實際輸出值與期望值之間有誤差，那麼轉入反向傳播過程，將誤差信號沿原來的連接通路返回，通過修改各層神經元的權值，逐次地向輸入層傳播並進行計算，再經過正向傳播過程，通過這兩個過程的反覆運用，使得誤差信號最小。神經網絡示意圖如附3所示。當受熱面受到灰汙以後，其傳熱效能會變差，對於鍋爐對流受熱面來說就表現在其換熱量的減少上，所以可以從這方面分析，從而提取灰汙特徵係數。在一定渣層物理、化學特性範圍內有，灰沉積厚度δ d可由下式求得δ d = D0 · (qnotoiean/qciean)(0-1)式中，D0-常數；Qnotolean-受熱面的實際吸熱量；qclean-清潔受熱面的潛在吸熱量清潔受熱面的潛在吸熱量就是被監測受熱面在實際運行工況下，受熱面清潔時的潛在吸熱量。因此，可以定義灰汙特徵參數為T = I-QsjAj(0-2)式中Qsj :受熱面實際吸熱量Qqj :清潔受熱面吸熱量當受熱面清潔時，T為最小值，即趨於零；當汙垢很厚時，管壁溫度接近於煙氣溫度，受熱面吸熱量趨於零，T達到最大，即趨於I。從上面的分析可以看到T能很好反應灰汙狀況，因此，選擇灰汙特徵參數T作為監測灰汙程度的參數。對於被監測的受熱面來說，受熱面的實際吸熱量Qsj可以通過測得進出口工質的溫度、壓力和流量來計算得到，而溫度、壓力和流量這些參數可以通過電廠現有的數據採集系統(DAS)非常準確的得到，繼而按如下公式得到受熱面的實際吸熱量Qsj:Qsj = D Oi2-Ii1)(0-3)
其中
D :受熱面對應的工質流量；
h2 :工質出口焓；
h!:工質進口焓；
這樣通過電廠現有的數據採集系統(DAS)可以準確的計算得到各受熱面的實際吸熱量。
各受熱面清潔狀況下的潛在吸熱量是受許多因素影響的變量，呈現出很強的非線性特點，對於這個問題是通過建立神經網絡模型來解決的。
在工程應用過程中，碰到的大多數都是非線性問題，並不能將其分段線性化來理
解和處理。而分析非線性系統的數學工具非常少。對於本質非線形的系統，通常的最小二乘法已難以使用，因為這類系統對應的模型很難化成最小二乘格式，即關於參數空間的線形模型，而且對於非線形系統的識別問題，往往需要有關被識別系統的結構形式等各種先驗知識和假設。因此，它們基本上是針對某些特殊非線形系統而進行的。人工神經網絡的建立過程較為簡單，不需要對研究對象深入了解，它只是從行為上模擬研究對象，而並不追究研究對象的內在機理。這一點可以解決因為研究對象特別複雜而不易建立數學模型的問題。另外，由於人工神經網絡僅僅具有從輸入到輸出的映射能力，所以除了輸出值，它不再給出其它的信息，正是有了神經網絡，非線性系統的識別才成為可能。神經網絡對系統進行識別是通過直接學習系統的輸入、輸出數據，學習的目的是使得所要求的誤差函數達到最小，從而歸納出隱含在系統輸入、輸出數據中的關係，這個關係隱含在神經網絡內部。對於一個特定的受熱面來說，通過分析，可以用管內工質流量，管內工質壓力，管內工質進口溫度，進風量，燃煤量，燃燒器投運方式這幾個參數來表徵運行工況。清潔受熱面吸熱量= f (爐膛出口煙溫，管內工質流量，管內工質壓力，管內工質入口溫度，進風量，燃煤量，燃燒器投運方式)。這樣清潔受熱面吸熱量、爐膛出口煙溫、管內工質流量、管內工質壓力、管內工質入口溫度、進風量、燃煤量、燃燒器投運方式這幾個因素構成了一個時間連續的非線性動力系統，而清潔受熱面吸熱量正是所需要識別的量。通過電廠DAS系統採集受熱面清潔狀態下不同工況的受熱面吸熱量，作為樣本對網絡進行訓練，以實現在受熱面被沾汙後對清潔受熱面吸熱量的識別與預測。實現本發明的全部流程由主程序控制，主程序基於Labview軟體，包括聲波的產生信號、聲波信號的接收、聲波飛渡時間測量和鍋爐煙氣側溫度計算。軟體運行時，發出指令使硬體依次運作，數據採集，計算鍋爐對流受熱面煙氣側溫度場，結果保存到資料庫SQL 系統中，資料庫SQL系統訪問電廠DCS資料庫，相關數據輸入BP神經網絡輸入層，BP神經網絡預測清潔時受熱面的潛在吸熱量，計算程序計算實際時受熱面吸熱量，計算鍋爐對流受熱面灰汙係數，存入資料庫SQL系統，以便軟體提供煙氣溫度場、各對流受熱面灰汙係數、 相關數據變化趨勢和灰汙報警信號。以上所述，僅為本發明較佳的具體實施方式
，但本發明的保護範圍並不局限於此， 任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術範圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護範圍之內。因此，本發明的保護範圍應該以權利要求的保護範圍為準。
權利要求
1.一種鍋爐對流受熱面灰汙監測系統，其特徵是所述系統包括安裝在鍋爐水冷壁四周的一個或者多個平面上的多個聲波發生器、安裝在聲波發生器的聲波導管上的聲波接收器、信號調理器、接線盒、功率放大器和輸入輸出裝置；所述聲波發生器與功率放大器相連；所述聲波接收器與信號調理器相連；所述功率放大器和信號調理器通過接線盒與輸入輸出裝置相連。
2.根據權利要求I所述的一種鍋爐對流受熱面灰汙監測系統，其特徵是所述安裝在鍋爐水冷壁四周同一個平面上的聲波發生器為偶數個，且每個聲波發生器在鍋爐水冷壁上的位置都與同一個平面上的另一個聲波發生器對稱。
3.根據權利要求2所述的一種鍋爐對流受熱面灰汙監測系統，其特徵是所述聲波接收器為偶數個。
全文摘要
本發明公開了鍋爐燃燒監測技術領域中的一種鍋爐對流受熱面灰汙監測系統。包括安裝在鍋爐水冷壁四周的一個或者多個平面上的多個聲波發生器、安裝在聲波發生器的聲波導管上的聲波接收器、信號調理器、接線盒、功率放大器和輸入輸出裝置；聲波發生器與功率放大器相連；聲波接收器與信號調理器相連；功率放大器和信號調理器通過接線盒與輸入輸出裝置相連。本發明能夠準確測量鍋爐對流受熱面煙氣側溫度場，結合電廠DCS資料庫中的數據，實現鍋爐對流受熱面灰汙報警的監測。
文檔編號F22B37/38GK102607009SQ201210040158
公開日2012年7月25日 申請日期2012年2月20日 優先權日2012年2月20日
發明者安連鎖, 張世平, 沈國清, 鄧喆 申請人:華北電力大學